Моделирование предельного напряженного состояния матричного композита с ориентированными волокнами при термодинамических воздействиях


DOI: 10.34759/tpt-2020-12-3-118-124

Авторы

Бардушкин В. В.1*, Кочетыгов А. А.2**, Яковлев В. Б.2***

1. Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН, 115487, Москва, ул. Нагатинская, 18
2. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: bardushkin@mail.ru
**e-mail: aakcht@gmail.com
***e-mail: yakvb@mail.ru

Аннотация

Построена математическая модель прогнозирования напряженного состояния матричного композита с ориентированными волокнами, возникающего в результате неравномерного нагревания металлических волокон и диэлектрической матрицы при пропускании через неоднородный материал электрического тока. Рассматривается композит с матрицей диоксида кремния, армированный волокнами меди или алюминия. Полагается, что металлические волокна ориентированы вдоль осей x и y прямоугольной системы координат и имеют в этих направлениях одинаковые величины объемных концентраций. Проведены численные расчеты, учитывающие влияние состава, концентрации компонентов и различий в величине приращения температуры в волокнах и матрице на достижение композитом предельных прочностных показателей, приводящих к растрескиванию диэлектрика. Модель опирается на обобщенное сингулярное приближение теории случайных полей и понятие оператора концентрации напряжений (тензора четвертого ранга), связывающего средние по материалу напряжения с их локальными значениями в пределах отдельного элемента неоднородности.

Ключевые слова:

моделирование, композит, волокно, матрица, термический коэффициент линейного расширения, тензор напряжений, оператор концентрации напряжений, предел прочности.

Библиографический список

  1. Трофимов Н.Н., Канович М.З., Карташов Э.М., Нат- русов В.И., Пономаренко А.Т., Шевченко В.Г., Соко- лов В.И., Симонов-Емельянов И.Д. Физика компози- ционных материалов (в 2-х томах). М.: Мир, 2005. Т. 1. 456 с.; Т. 2. 344 с.

  2. Кербер М.Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология. СПб.: Профессия, 2018. 640 с.

  3. Колесников В.И., Бардушкин В.В., Сорокин А.И., Сычев А.П., Яковлев В.Б. Влияние термоупругих харак- теристик компонентов, формы и ориентации неизометричных включений на средние напряжения в матричных структурах // Физическая мезомеханика. 2016. Т. 19. № 5. С. 43–47.

  4. Бардушкин В.В., Яковлев В.Б., Кочетыгов А.А., Пет- ров Н.И. Напряженное состояние матричных структур в условиях воздействия термодинамических факторов // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. 2019. № 1. С. 61–66.

  5. Бардушкин В.В., Колесников В.И., Кочетыгов А.А., Сычев А.П., Яковлев В.Б. Влияние состава, термо- упругих характеристик и концентрации компонентов на средние напряжения в матричных композитах, армиро- ванных ориентированными волокнами // Экологический вестник научных центров Черноморского экономичес- кого сотрудничества. 2019. Т. 16. № 3. С. 16–22. DOI: 10.31429/vestnik-16-3-16-22.

  6. Громов Д.Г. Материалы и процессы формирования многослойной металлизации кремниевых СБИС. Авто- реф. дис. ... докт. техн. наук. М., 2000. 271 с.

  7. Климовицкий А.Г., Громов Д.Г., Евдокимов В.Л., Лич- манов И.О., Мочалов А.И., Сулимин А.Д. Материалы для металлизации кремниевых СБИС // Электронная промышленность. 2002. № 1. С. 60–66.

  8. Климовицкий А.Г. Разработка материалов и процессов для формирования системы металлизации СБИС суб- микронного уровня. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2004. 138 с.

  9. Смолин В.К. Особенности применения алюминиевой металлизации в интегральных схемах // Микроэлектро- ника. 2004. Т. 33. № 1. С. 10–16.

  10. Громов Д.Г., Мочалов А.И., Сулимин А.Д., Шевяков В.И. Металлизация ультрабольших интегральных схем. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 277 с.

  11. Стоянов А.А., Зенин В.В., Новокрещенова Е.П., Гри- банов М.А. Сборка изделий микроэлектроники с ис- пользованием металлизации и проволоки из меди // Вестник ВГТУ. 2014. Т. 10. № 5-1. С. 98–104.

  12. Колесников В.И., Яковлев В.Б., Бардушкин В.В., Сычев А.П. О прогнозировании распределений ло- кальных упругих полей в неоднородных средах на ос- нове обобщенного сингулярного приближения // Вест- ник Южного научного центра РАН. 2015. Т. 11. № 3. С. 11–17.

  13. Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднород- ных сред. М.: Наука, 1977. 399 с.

  14. Хорошун Л.П., Маслов Б.П., Лещенко П.В. Прогно- зирование эффективных свойств пьезоактивных компо- зитных материалов. Киев: Наукова думка, 1989. 207 с.

  15. Физические величины: Справочник. / Под ред. И.С. Гри- горьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

  16. Деменко В.Ф. Таблицы механических свойств конструк- ционных материалов. Харьков: Изд-во ХАИ, 2014. 7 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024